一杯热水与一杯凉水，质量相同吗？不同

两个容积完全相同的杯子，一个杯子装满热水，另一个杯子装满凉水，它们的质量相同吗？这似乎是一个极度无聊的问题，其无聊程度类似于“一斤盐融入一斤水中，是否能够得到两斤盐水”。

但实际上无论是盐水的问题，还是热水与凉水的问题，它们的答案都会令你觉得吃惊，因为答案都是“不”。你认为一杯凉水与一杯热水的质量相同，是基于一个基本的物理学定理，那就是质量守恒，然而事实上在任何系统中，质量与能量都无法单独守恒，两者必须放在一起才能够实现绝对守恒，也就是质能守恒。之所以要把质量与能量放在一起才能够实现守恒，并不是基于什么神奇的理由，理由只有一个，那就是两者根本就是一回事。质量和能量怎么能是一回事呢？只要我们搞懂了物体的质量是怎么来的，自然也就有了答案。

任何物体，无论刚硬还是柔软，无论固体还是气体，也无论是生命体还是非生命体，它们都是由相同的物质所构成的，那就是基本粒子。

我们经常提及的分子、原子，这些微观物质实际上都要比基本粒子大得多，而它们与基本粒子的最大区别还并不是大与小，而是质量。分子是具有质量的，原子也是具有质量的，而基本粒子却没有质量。

目前已知的基本粒子共有61种，任何一种基本粒子都不具有质量，其中典型的代表就是光子，光子就是基本粒子的一种，因其不具有静止质量，所以始终以光速运动。那么既然构成物质的基本单位并不具有质量，那么为什么物质会拥有质量呢？质量从何而来呢？物质是由基本粒子结合而来的，所以物质的质量也是由基本粒子结合而来的。

基本粒子之间的相互作用就是质量的来源，粒子之间的相互作用越强，受到的约束就越大，于是物质的质量就越大。

由此，质量的本质渐渐浮出了水面，质量实际上就是能量的一种表现形式。回到问题上来，水的温度就是一种能量，显然，热水比凉水拥有更多的能量，所以理论上一杯热水的质量就要比一杯凉水更高，可是为什么在我们称量的时候，却显示两者的质量相同呢？这是因为我们的称量不够精确。

质量是能量的一种表现形式，而且极其微小的质量就可以转化为极其巨大的能量。让我们来看看质能方程：E=mc∧2，也就是能量等于质量乘以光速的平方，光速为每秒299792458米，可见其平方是一个巨大的数字，所以哪怕质量m非常微小，在乘以光速的平方之后，所得到的能量数字也是巨大的。

微小质量的损失会产生极其巨大的能量，这在现实中最好的例子就是核裂变了，原子弹的威力，我们都有所耳闻。

在人类进行核裂变研究之前，科学家们一直认为化学反应是不产生质量损失了，所以认为化学反应前后的质量是守恒的，直到后来，科学家们才意识到，化学反应并非不损失质量，只是质量损失非常微小，小到无法觉察。

在此之后，科学家们对于化学反应的表述就变得严谨多了：化学反应在恒温、密闭的条件下，反应前后质量是守恒的。有了“恒温”与“密闭”这两个条件之后，化学反应中的质量守恒就成立了。因为恒温代表了没有出现质量与能量的耗损，而密闭则可以避免反应生成的气体溢出。

在弄懂了为什么一杯热水与一杯凉水的温度不同之后，现在我们又明白了为什么难以得到两斤盐水，原因就是实验环境并非理想环境。

在将盐倒入水中的实验里，盐与水的温度是不是相同的，它们与环境温度又是不是相同的，这都非常重要。如果盐、水以及环境温度不同，那么所得的盐水在温度的升高或下降过程中必然会出现能量的变化，这就导致了重量的变化，于是一斤盐加上一斤水就得不到两斤盐水了。不过这只是从微观层面来讲的，用普通的测量工具是无法看出差别的。

其实，无论是“热水与凉水哪个重”还是“一斤盐加上一斤水能够得到两斤盐水”，这样的问题本质上都属于无聊的问题，但如果我们借此去思考并认知质量与能量的关系，那么这些问题就变得非常有意义了。